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小型家用切菜機的結構設計
摘 要
目前，多功能切菜機多為價格昂貴的大型設備，不適用于小型工廠的食品加工；為克服這些缺點，本設計在查閱了大量相關文獻資料的基礎上，進行切菜機的設計，經(jīng)過理論計算及校核，設計了一種小型多功能切菜機。該機主要由進菜斗、撥菜板、離心切刀、曲柄滑塊機構、傳送帶、減速機、出菜口、電動機組成，其工作原理是傳送帶的帶動使蔬菜在水平方向作直線運動；刀具則做往復直線運動，通過凸輪機構或曲柄滑塊等機構來實現(xiàn)；通過在蔬菜傳送線路上設置刀具的數(shù)目及刀具形狀來實現(xiàn)切片切絲的轉換，切片的厚度取決于蔬菜和刀具的相對運動；在傳送帶的末尾設置收集機構。
關鍵字：蔬菜，多功能切菜機，組成，工作原理；
Structural design for the small household vegetable cutter
Abstract
At present, multi-functional vegetable cutters are mostly expensive large-scale equipment and are not suitable for food processing in small factories. To overcome these shortcomings, the design of the vegetable cutter is based on a review of a large amount of related literature and data. By theoretical calculation and verification, I designed a small multi-purpose vegetable cutter. The machine is mainly composed of a vegetable bucket, a dial board, a centrifugal cutter, a crank-slider mechanism, a conveyor belt, a speed reducer, a vegetable port, and an electric motor. The working principle is that the conveyor belt drives the vegetables to make a horizontal movement in the horizontal direction; Then do a reciprocating linear motion, through the cam mechanism or the crank slider and other institutions to achieve; by setting the number of knives in the vegetable transmission line and the shape of the tool to achieve the conversion of slice shred, the thickness of the slice depends on the relative movement of vegetables and knives ; Set the collection mechanism at the end of the conveyor belt.
Keywords :vegetable, multi-functional vegetable cutter, composition, working principle
目錄
第一章 緒論 1
1.1食品機械簡介及研究意義 1
1.2國內切菜機現(xiàn)狀 1
1.3課題主要內容 1
第二章 總體方案設計 3
2.1參數(shù)及功能要求 3
2.2方案分析 3
2.3 方案選定與原理分析 5
2.3 機械部分計算 5
第三章 動力及傳動機構設計 6
3.1 電動機的選擇 16
3.3圓柱齒輪的設計 20
3.4減速軸的設計 23
3.5離心筒軸的設計 28
第四章 其他機構設計 30
4.1 豎直切菜機構設計 30
4.2 離心切菜機構設計 31
4.3切刀設計 32
4.4箱體結構設計 34
4.5安裝與調試 35
第五章 總 結 36
參考文獻 36
III
小型家用切菜機結構設計 緒論
第1章 緒論
1.1食品機械簡介及研究意義
食品機械是將食品的原料加工成食品或半食品的一類專業(yè)機械，食品工業(yè)方面的技術裝備。食品工業(yè)想要獲得更好發(fā)展，一要有先進的食品工藝技術，二要有先進的食品生產(chǎn)設備，兩者協(xié)同發(fā)展，互相促進。食品機械的優(yōu)點：（1）減輕了人們的工作強度，提高了生產(chǎn)效率，極大的解放了生產(chǎn)力。(2)能實現(xiàn)人力所做不到的特殊加工效果，實現(xiàn)特定要求，減少原料浪費。（3）減少人與食品的直接接觸而帶來的病菌傳播幾率，保障食品安全。（4）進而提高了食品生產(chǎn)行業(yè)的市場競爭力。
隨著生活水平的不斷提高，食品蔬菜成為人們日常生活不可或缺的重要組成部分，小型家用切菜機不僅涉獵到了各種應用場景，而且還能夠減輕人的勞動強度，切制出各種樣式的菜品，節(jié)省時間的同時也提高了效率。如何把所學的機械工程及自動化專業(yè)的知識運用到家用切菜機的設計上，通過分析，對比現(xiàn)有家用機械的結構和功能，設計一款小型家用切菜機，以期達到在結構和成本上更加合理，顯得尤其必要。
1.2國內切菜機現(xiàn)狀
通過市場考察發(fā)現(xiàn)，國內生產(chǎn)切菜機的廠家不多，現(xiàn)在我國的食品機械行業(yè)的主要機器型號有JY-Q550型切菜機、PQT-580型切菜、CHD40型推桿式切菜機，QD-DLC2智能式蔬菜機等，模擬手工切菜為多。我國食品工業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，食品工業(yè)的高速發(fā)展很大程度上依賴于食品機械的發(fā)展，但同時也給食品機械行業(yè)帶來了巨大的推動力。隨著科學技術的發(fā)展，食品機械行業(yè)的發(fā)展也充滿活力，其主要發(fā)展趨勢表現(xiàn)如下：生產(chǎn)高效率化，食品資源高利用化，產(chǎn)品高度節(jié)能化，高新技術實用化，產(chǎn)品標準趨于國際化，產(chǎn)品設計方法不斷改進，技術創(chuàng)新成為技術跨越的重要手段。
1.3課題主要內容
（1）根據(jù)獲得的資料，分析可能的問題，確定設計目標，各個目標分別構思方案。
（2）從科學性、經(jīng)濟性、可操作性等方面對所構思的草案進行初步評估，在這基礎上確定最佳方案。
（3）進行各個環(huán)節(jié)的詳細設計，并同時完成下面的內容。
1) 根據(jù)設計任務書確定家用小型切菜機傳動裝置的總體設計方案；選擇
電動機；計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)；
2）家用小型切菜機的傳動零件及軸的設計計算；刀具的選擇；機體結構及其附件的設計；
3）家用小型切菜機的裝配圖、零件圖繪制。
3
小型家用切菜機結構設計 總體方案設計
第二章 總體方案設計
2.1參數(shù)及功能要求
2.1.1功能要求
根據(jù)每個家庭切菜的要求，本次設計的多功能小型家用切菜機選定如下功能：
（1） 瓜薯類蔬菜能被切成絲，丁 ，片，菱形，曲線等各種花樣；
（2）細長的蔬菜（韭菜，豆角等）能被切成段，同時葉類蔬菜能被切成絲；
（3）切出菜的長短和厚薄可以通過使用不同的切刀調節(jié)實現(xiàn)。
2.1.2參數(shù)要求
技術參數(shù)：
外形尺寸：850×430×600mm
電機功率：0.75KW
豎刀切速：300次/min；撥盤轉速：440r/min
2.2方案分析
用刀具去切削蔬菜的主要方式有兩種：轉動和往復直線運動，提出下面兩種設計方案：
2.2.1方案一
通過設置豎直或者向下傾斜的料筒使蔬菜依靠自身重力自動向下運動；要使刀具在水平面或豎直平面內作旋轉運動，可通過連桿機構、鏈傳動、帶傳動等傳動方式來實現(xiàn)；實現(xiàn)切片切絲的功能轉換可以通過選擇不同類型的刀具；利用離心作用和重力原理收集加工好的蔬菜，如下圖所示：
圖2-1 方案一簡圖
該方案的工作原理是：電動機轉動帶動傳送帶運動，傳送帶帶動變速器工作而使絲杠轉動，絲杠帶動推菜板使蔬菜被推到刀具處，從而刀具對蔬菜進行切削。通過蔬菜和切刀之間產(chǎn)生的相對運動來完成。蔬菜沿一定方向做進給運動，刀具則在圓筒上進行旋轉運動，實現(xiàn)了對蔬菜的切制。
2.2.2方案二
傳送帶的帶動使蔬菜在水平方向作直線運動；刀具則做往復直線運動，通過凸輪機構或曲柄滑塊等機構來實現(xiàn)；通過在蔬菜傳送線路上設置刀具的數(shù)目及刀具形狀來實現(xiàn)切片切絲的轉換，切片的厚度取決于蔬菜和刀具的相對運動速度；在傳送帶的末尾設置收集機構。如下圖所示：
圖2-2 方案二簡圖
2.3 方案選定與原理分析
前述選定的本機功能要求包含：
（1）瓜薯類蔬菜可被切成片，絲，曲線，丁，菱形等形狀；
（2）細長類蔬菜（韭菜，豆角等）可被切成段，葉類蔬菜可被切成絲；
（3）菜的長短厚薄是可以調節(jié)的。
選定第二種方法更加合適，它的工作原理如下：
（1）主要有機架、輸送帶、壓菜帶、切片機構、調速箱或塔輪調速機構組成
（2）離心式切片機構用于果蔬類硬菜的切片，切片的厚度可在一定的范圍內自由調節(jié)，豎刀部分可以將切好的片或葉類軟菜加工成不同規(guī)格的塊、菱形、丁、等各種形狀。切菜的長度可以通過“可調偏心輪”在一定的范圍內任意調整。因為豎刀是模擬手工切菜的原理，所以物料加工表面平整光滑并且成型規(guī)則，被切蔬菜組織完好，保持新鮮。
2.4 機械傳動部分的設計計算
2.4.1 V帶傳動的設計計算
1）設計功率
－工況系數(shù)，查B1表8－1－22 ，?。?.2
P－傳遞的功率
2）選定帶型
根據(jù)和選取普通V帶B型，小帶輪轉速為1440r/min
3）傳動比
1.76 ＝＝
4）小帶輪基準直徑（mm）
由B1表8－1－12和表8－1－14選定
＝100mm>＝75r/min
5）大帶輪基準直徑（mm）
由B3表8－7得=150mm
6）帶速驗算
7）初定軸間距（mm）
8）所需帶的基準長度（mm）
＝
＝650mm
依B1表8－1－8?。?00mm，即帶型為A－900
9）實際軸間距?
10）小帶輪包角
=
=
11）單根V帶的基本額定功率
根據(jù)帶型號、和普通V帶取0.37kw
12）時單根V帶型額定功率增量
根據(jù)帶型號、和取0.15kw
13）V帶的根數(shù)Z
Z =
小帶輪包角修正系數(shù)取0.96
帶長修正系數(shù)取0.87
14） 單根V帶的預緊力
=
=134（N）
m－V帶每米長的質量（kg/m）查B1表8－1－24，取0.1k/gm
15）作用在軸上的力
根據(jù)新帶初預緊力為正常預緊力的1.5倍
16）帶輪的結構和尺寸
帶輪強度要好，其結構工藝性也要良好，質量的分布要均勻，重量輕，應避免由于鑄造而產(chǎn)生過大的應力。
輪槽表面粗糙度降低帶的磨損。
帶輪的材料為HT200。查B1表8－1－10得基準寬度制V帶輪輪槽尺寸，根據(jù)帶輪的基準直徑查B2。其中V帶輪的具體結構圖如下圖6所示：
圖6
2.4.2傳動軸的設計計算
（1）初步確定軸的直徑
mm
根據(jù)工作條件，取mm
（2）傳動軸受力分析
N N N
（3）繪制傳動軸的受力簡圖，求支座反力
①垂直面支反力：
由，得：
由，得：
N
②水平面支反力：
由，得：
N
由，得：
N
（4）作彎矩圖：
A點
N·mm
B點
N·mm
C點
N·mm
（5）作轉矩T圖：
N·mm
具體的軸的圖紙如下圖7所示：
圖7
（6）校核軸的強度：
根據(jù)彎扭合成應力原則校核軸的強度
校核危險截面的強度。由文獻[1，15-5]可知，取，軸的計算應力
MPa
選定軸的材料為45鋼，調質處理，由文獻[1]表可知，MPa。因此，，故安全。
（7）精確校核軸的疲勞強度
①判斷危險截面
根據(jù)應力集中對軸的疲勞強度的影響，截面IV和V所引起的應力集中為最嚴重的，V受的彎矩較大。從受載的情況來看，截面C的應力最大，但應力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。
②截面V左側
抗彎截面系數(shù) mm
抗扭截面系數(shù) mm
截面V左側的彎矩M為
Mpa
截面V上的扭矩T為 MPa
截面上的彎曲應 Mpa
截面上的扭轉切應力MPa
軸的材料選為45鋼，并做調質處理。MPa，MPa，MPa。
用插入法求出
，
軸按精車加工，可得其表面質量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強化處理，
固得綜合系數(shù)為
可知，碳鋼的特性系數(shù)
取
取
所以軸在截面V左側的安全系數(shù)為
根據(jù)計算可得，該軸在截面V左側的強度夠。
③截面V右側
抗彎截面系數(shù) mm
抗扭截面系數(shù) mm
截面V左側的彎矩M為
MPa
截面V上的扭矩T為 MPa
截面上的彎曲應力 MPa
截面上的扭轉切應力 MPa
由于軸肩在截面上而形成的理論應力集中系數(shù)及?。阂?，，
，
軸的材料的敏感系數(shù)為
，
因此效應力集中系數(shù)按文獻[1，附]為
軸的截面形狀系數(shù)為
軸的材料的敏感扭轉剪切尺寸系數(shù)為
綜合系數(shù)為
所以軸在截面V左側的安全系數(shù)為
通過計算可得該軸截面V左側的強度夠。
2.4.3直線軸承的設計計算
通過切刀上下運行，為了要保證平穩(wěn)，需要有導向裝置，這里就需要設計導向光桿和直線軸承配合整個切菜裝置。
1直線軸承的選擇
用于測試的POM工程塑料支架；鋼架適用于工作溫度；不銹鋼軸承適用于水，蒸汽，硝酸等腐蝕性介質和真空的工作場所，按下列公式確定型軸承的計算。
硬度：硬度系數(shù)FH HRC58的硬度，hrc52-58，F(xiàn)H = 0.6-1.0 FH = 1。
FT的溫度系數(shù)：工作溫度小于100C，F(xiàn)T = 1，溫度100oc-125oc，F(xiàn)T = 1.0-0.95。
接觸系數(shù)FC：
每根軸裝一套軸承，F(xiàn)C=1.0
每根軸裝二套軸承，F(xiàn)C=0.81
每根軸裝三套軸承，F(xiàn)C=0.72
每根軸裝四套軸承，F(xiàn)C=0.66
載荷系數(shù)FW：
速度小于15米/分鐘，沒有沖擊、振動，F(xiàn)W = 1.0-1.5；
小于60米/分鐘的速度，超調量小或振蕩，F(xiàn)W = 1.5~2.0；
大于60米/分鐘的速度，可能有更大的沖擊，振動，F(xiàn)W = 2.0～5.0。
時間是生命的LH =（10000×1）/ 2 * L（S * N1 * 60）（單位：小時小時）L：長度壽命 (萬米)，
LS：工作行程 (米)，
N1：每分鐘往復次數(shù)
已知行程L=0.2米，每分鐘往復次數(shù)n1=20，微小沖擊，軸承工作載荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，工作溫度60oC，期望壽命Lh=5000小時，根據(jù)這些條件選擇軸承的型號。
按以上工作條件：
根據(jù)本次載荷重量為2000N，我們選用兩個導向光桿加上絲桿螺母，這樣滑動軸承的所受負載就平均分配，上下六個滑動軸承分別連接底板和連接上固定圓盤，兩邊軸承座為固定式的，中間六個可以隨著絲桿螺母一起上下滑動。六個導向光桿加上絲桿螺母，這樣每個導向光桿的滑動軸承處的所受負載為166N。本次設計中所選擇的滑動軸承為帶法蘭形狀的。
35
小型家用切菜機結構設計 動力及傳動機構設計
第三章 動力及傳動機構設計
3.1 電動機的選擇
根據(jù)給電動機輸入的電流形式，電動機可以分為交流電動機和直流電動機兩種類型。大部分像一些機械工廠生產(chǎn)單位一般都采用三相交流電源，三相異步交流電動機的應用也最為廣泛，所以，沒有特別要求的時侯一般選用三相交流電動機。對于要長期運行且承受載荷相對穩(wěn)定的機械來說,只要所選電動機的額定功率稍微大于或等于所需的電動機工作功率就行，電動機就能按照我們的要求安全的運行工作，而不會造成發(fā)動機過熱的現(xiàn)象，因此一般不需要去計算和檢驗所需電動機的啟動轉矩和發(fā)熱。因為切菜機屬于一般機械產(chǎn)品，如果沒有特殊的要求，可以選擇電動機的額定功率小于1kW就行。
根據(jù)參考文獻[6]表14-1Y查得滿足要求的電動機型號及相關參數(shù)如下：
電動機型號
額定功率/KW
滿載轉速/r/min
啟動轉矩
最大轉矩
Y801-4
0.55
1390
2.2
2.2
Y802-4
0.75
1390
2.2
2.2
市場上容量相同的三相異步電動機，根據(jù)轉速的不同可以分為600、750、1000、1500及3000r/min這五種同步轉速，異步電動機額定轉速由于存在轉差率，一般要比上述轉速低2%~5%。從電動機制造角度講，同樣功率的電動機若額定轉速越高，其電磁轉矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量亦輕，并且高速電機的功率因數(shù)及效率比低速電機都高。若能選擇轉速愈高的電動機，則經(jīng)濟性愈好，但若由此而引起電動機與被拖動機械間的轉速相差過大時，所需裝設減速裝置的傳動級數(shù)就越多，這就會加大設備成本及傳動的能量損耗。通常應用的電機大部分是選用4級1500r/min的電機，因為這種額定轉速的電機適應范圍廣，而且其功率因數(shù)和工作效率也較高。
根據(jù)以上分析本設計選擇的電動機型號是Y802-4；
額定功率：0.75 kW
額定轉速：1390 r/min
最大轉矩：2.2 N·m
3.2帶傳動的設計
3.2.1帶一的設計
（1）確定計算功率Pca
根據(jù)參考文獻[7]表8-8查得工作情況系數(shù)
（2）選擇V帶的帶型
根據(jù)計算功率Pca=0.33kW，小帶輪轉速r/min
再根據(jù)參考文獻[7]表8-11選擇Z型窄V帶。
（3）確定帶輪的基準直徑并驗算帶速
1）根據(jù)參考文獻[7]表8-7，表8-9初選小帶輪的基準直徑mm
2）驗算帶的速度v
在5～25m/s標準范圍之間
3）計算大帶輪的基準直徑
根據(jù)參考文獻[7]傳動比取i=4，故
根據(jù)普通V帶輪的基準直徑系列表取
（4）確定中心距a和帶的基準長度。
依據(jù)帶傳動帶幾何關系，計算所需帶的基準長度,初定中心矩
根據(jù)參考文獻[7]表8-2，選擇帶長為1600mm 根據(jù)
（5）驗算主動輪上的包角。
（6）確定帶的根數(shù)。
（3.1）
式中包角系數(shù)根據(jù)參考文獻[7]表8-6查得
長度系數(shù)根據(jù)參考文獻[7]表8-2查得
單根V帶的基本額定功率根據(jù)參考文獻[7]表8-4查得=0.294kW
單根普通V帶額定功率根據(jù)參考文獻[7]表8-5查得=0.03kW
根
故取1根Z型窄V帶。
（7）確定帶得預緊力。
（8）計算帶傳動作用在軸上的力。
結論：選擇Z型窄V帶，兩個可調帶輪的基準直徑為，兩可調帶輪之間的中心距為515mm，帶長1600mm。
3.2.2帶二的設計
（1）確定計算功率Pca
根據(jù)參考文獻[7]表8-8查得工作情況系數(shù)
（2）選擇帶型
根據(jù)計算功率Pca=0.44kW，小帶輪轉速r/min 再根據(jù)參考文獻[7]表8-11選擇Z型窄V帶。
（3）確定帶輪基準直徑。
1）根據(jù)參考文獻[7]表8-7，表8-9初選小帶輪的基準直徑mm
2）驗算帶的速度v
在5～25m/s標準范圍之間
3 3）計算大帶輪的基準直徑
根據(jù)參考文獻[7]傳動比取i=5，故
（4）確定帶的基準長度和中心距a
依據(jù)帶傳動帶幾何關系，計算所需帶的基準長度,初定中心矩
根據(jù)參考文獻[7]表8-2，選擇傳送帶帶長為1900mm
根據(jù)
（5）驗算主動輪上的包角。
（6）確定帶的根數(shù)。
（3.2）
式中包角系數(shù)根據(jù)參考文獻[7]表8-6查得
長度系數(shù)根據(jù)參考文獻[7]表8-2查得
單根V帶的基本額定功率根據(jù)參考文獻[7]表8-4查得=0.294kW
單根普通V帶額定功率根據(jù)參考文獻[7]表8-5查得=0.03kW
根
故取1根Z型窄V帶。
（7）確定帶得預緊力。
（8）計算出帶傳動作用在旋轉軸軸上的力的大小。
N
結論：選擇Z型窄V帶，兩個可調帶輪的基準直徑為，兩可調帶輪之間的中心距為600mm，帶長1900mm。
3.3圓柱齒輪的設計
3.3.1選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級
根據(jù)所設計的小型家用切菜機傳送件的額定功率，同時考慮到切菜機為一般機械，只要求傳動穩(wěn)定，噪聲小，所以選用斜齒輪傳動。根據(jù)切菜機的強度要求，小齒輪選用40Cr，齒面硬度280HBS，大齒輪選用45號鋼（調質），齒面硬度240HBS，為了滿足要求要調質并表面淬火，HRC40～45，根據(jù)參考文獻[7]各類機器所用齒輪傳動的精度等級范圍表選用7級精度。通過計算及查表選小齒輪齒數(shù), 大齒輪齒數(shù)。
3.3.2按齒面接觸強度設計
（1）確定公式內的各計算數(shù)值
1)小齒輪傳遞的轉矩：
N·mm
2)初選，則.
3)根據(jù)參考文獻[7]表10-7可以選擇齒寬系數(shù)=1.
4)根據(jù)參考文獻[7]表10-5查得
5)根據(jù)參考文獻[7]表10-25d查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限
6)應力循環(huán)次數(shù)
7)根據(jù)參考文獻[7]表10-23查得接觸疲勞壽命系數(shù)
8)計算接觸疲勞許用應力
根據(jù)經(jīng)驗要求取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，則有：
取兩者的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應力，即
（2）計算
1）計算小齒輪的分度圓直徑，代入：
2）計算圓周速度v
3)計算齒寬b
mm
4)計算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高mm
5)計算載荷系數(shù)
根據(jù)v=0.565m/s,7級精度，根據(jù)參考文獻[7]表10-8可以查得動載系數(shù)；
直齒輪，；
根據(jù)參考文獻[7]表10-2查得使用系數(shù)；
根據(jù)參考文獻[7]表10-4用差值法查得7級精度、小齒輪相對支撐對稱布置時 ；
由=10.67，根據(jù)參考文獻[7]圖10-13查得；故載荷系數(shù)
3.3.3按齒根彎曲強度設計
根據(jù)參考文獻[8]（10-7）彎曲強度設計公式為
(3.3)
確定公式中的各計算數(shù)值：
由圖查得小齒輪彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪彎曲疲勞強度極限
由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)
計算彎曲疲勞許用應力：
據(jù)經(jīng)驗要求取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,
計算載荷系數(shù)K
查取齒形系數(shù)
根據(jù)參考文獻[7]表10-17查得
查取應力校正系數(shù)
根據(jù)參考文獻[7]表查得
計算大、小齒輪的,并加以比較
設計計算
根據(jù)模數(shù)系列查得m應取1；
小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)
3.3.4幾何尺寸計算
（1）計算分度圓直徑
mm；mm；
（2）計算中心距
mm
（3）計算齒輪寬
mm
計算結果匯總：模數(shù)m=1mm；，中心距a=45mm；齒寬mm，mm；分度圓mm,mm。
如上可計算得出第二級齒輪結果匯總如下：
模數(shù)m=1.25mm；，中心距a=60mm；齒寬mm，mm；
分度圓mm,mm。
3.4減速軸的設計
3.4.1軸徑的初步估算
根據(jù)參考文獻[8]可知，軸在承受轉矩的作用力時，其強度條件為：
mm (3.4)
式中: —軸剖面中的最大扭轉剪應力（MPa）；
P—軸傳遞的功率（kW）；
n—軸的轉速（r/min）；
—許用扭轉剪應力（MPa）；
d—軸的直徑（mm）。
mm
3.4.2軸的結構設計
在軸的基本直徑定下以后，軸的設計從受力分析的角度要考慮的因素是載荷壓力、彎矩和扭矩。根據(jù)軸的強度、剛度和穩(wěn)定性；軸的壽命；軸的工藝性；軸的經(jīng)濟性等指標定出軸的各部分的形狀和尺寸。根據(jù)切菜機的設計要求和前面的總體分析，軸的結構如圖 3.1所示。
3.4.3軸的受力分析
由齒輪的計算可知：
切向力:N
徑向力:N
軸承總的支承反力為：
N
圖3.1 軸結構圖和軸受力分析圖
3.4.4軸的強度校核
在得到軸的彎矩和扭矩以后，可就某些危險截面（即彎矩和扭矩大而軸頸可能不足的截面）做彎扭合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應力 (3.5)
通常由彎矩所對稱循環(huán)變應力。產(chǎn)生的彎曲應力是對稱循環(huán)變應力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉切應力則常常不是為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計算應力為
(3.6)
由于扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，所以=0.6。則軸的彎扭合成強度條件為
(3.7)
故軸的設計滿足要求。
3.4.5軸上鍵的校核
平鍵的兩側面是工作面，工作時兩側面受到擠壓，對于按標準選擇尺寸及鍵為常用材料的普通平鍵聯(lián)接其主要失效形式是鍵、軸槽和轂槽三者中強度最弱的工作面被壓潰。校核時，按工作面的平均擠壓力進行計算，其公式為：
式中:T—傳遞的轉矩（N·m）；
d—軸的直徑（mm）；
l—鍵的工作長度（mm），58mm；
、b—鍵的公稱長度和鍵寬（mm）；
k—鍵與轂槽的接觸高度（mm）；
—許用應力（MPa）。
由式（3.8)得：
根據(jù)參考文獻[8]有沖擊載荷時=120～150MPa。顯然滿足強度條件。
綜上計算得設計參數(shù)：軸材料選用40Cr；軸徑取16mm；
軸的總支反力
，；
鍵的壓應力
3.4.6軸承的校核
對于傳動的滾動軸承，其滾動體和滾到發(fā)生的疲勞點蝕是主要的失效形式，因而主要是進行壽命計算，必要時再作靜強度校核。本次驗算為刀片傳動中齒輪軸兩側的軸承的校核，其型號為7204C。
（1）求兩軸承的計算軸向力和。
根據(jù)參考文獻[8]得7204C派生軸向力，初取e＝0.42 估算。
根據(jù)參考文獻[8]插值計算得
再計算
確定
（2）求軸承當量動載荷和。
根據(jù)參考文獻[8]分別進行查表或插值計算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)：
軸承1
軸承2
因軸承運轉中有中等沖擊載荷，表 取
（3）驗算軸承壽命。
因為所以按軸承1得受力大小驗算：
已知本機器使用5年，一班制，預期壽命為：
故本軸承能夠滿足設計要求。
3.5離心筒軸的設計
離心筒軸的設計包括軸的設計尺寸和全部結構尺寸。軸的裝配程序部分，軸裝有大皮帶輪，軸承，撥盤，螺栓，圓螺母。
圖3-2 離心筒軸段
3.5.1確定各段軸的直徑
1 軸段B 充滿了大皮帶輪的軸，45鋼材料的選擇，淬火和回火。
根據(jù)參考 文獻[7]表15-3查得，計算軸的最小直徑
考慮到與大帶輪的配合，取d=28mm
2 軸段C 是帶輪定位軸肩，取軸肩高度為a=3mm,則
3 軸段D和軸段F 都與深溝球軸承6207配合，根據(jù)標準系列軸承內徑，
，故
4 軸段E 是軸承定位軸肩，軸肩高度為a=(0.07~0.1)35=2.45~3.5,取a=2.5,
故
5 軸段A 是與圓螺母M24X1.5配合，故
3.5.2確定各段軸的長度
1 軸段B的長度 考慮到帶輪的寬度，取L=18mm
2 軸段C 軸肩寬度
3 軸段D和軸段F 考慮到深溝球軸承6207的寬度，取
4 軸段E 軸肩寬度
5 軸段A 考慮到圓螺母M24X1.5的寬度，取
小型家用切菜機結構設計 其他機構設計
第四章 其他機構設計
4.1 豎直切菜機構設計
4.1.1 設計要求
因為料筒內的原料在豎直方向的進給量是固定的而且調整比較難，切削機構作為本次設計實現(xiàn)目標功能的執(zhí)行機構，不僅要實現(xiàn)刀具對原料切削，還要能夠改變切削形狀，調整切削參數(shù)。
切削機構在工作中是直接與原料接觸的部分，出于安全考慮，不僅其構件需要選擇無污染材料，還要注意將切削部件與機械傳動部件隔離開來，減少原料污染的可能性。
4.1.2 機構設計
本次豎直切菜機構采用曲柄滑塊機構，其結構尺寸如下圖示：
圖4-1 豎直切菜機構
4.2 離心切菜機構設計
4.2.1 設計要求
離心進給為市面上常見的切菜機所采用的進給方式，使菜品旋轉并于一定的力與固定的刀片接觸摩擦致蔬菜被切碎。使用離心原理的缺點是噪音大，機器震動大，而且體積很難壓縮。
4.2.2 機構設計
本次離心切菜機構采用撥菜板快速撥動蔬菜繞同比旋轉，從而與布置在筒臂上的離心切刀接觸摩擦致蔬菜被切碎，其中最主要的結構就是結構撥菜板，其結構尺寸如下圖示：
圖4-2 離心撥菜板
4.3切刀設計
刀盤部件設計主要為刀具的設計，刀具的形狀決定了切片的形狀。可以通過換用不同的刀具切不同的物料，切出各式的形狀。此多功能切菜機主要采用的刀具有兩種：新月型刀具和圓盤刀具?，F(xiàn)分別介紹如下：
（1）新月型刀具
主要用于切削軟的物料，如食品，葉類蔬菜等。
新月形刀具又分為單刀和雙刀兩種。在物料輸送速度一定的條件下，用雙刀具時的物料切片厚度為采用單刀時的切片厚度的一半。在本機上，當要求切片厚度變?yōu)?mm時，只能采用雙刀進行切削。
單刀用于加工莖類，葉類，長細狀的物料。加工尺寸范圍較大，加工長度為2～30mm?？梢郧衅部梢郧薪z。
雙刀也用于加工莖類，葉類，長細狀的物料。加工長度為1～16mm。也可以切片，切絲。
(a) 單 刀 (b) 雙 刀
圖4.3 新月型刀具
（2）圓盤刀具
主要應用于切削物料形狀不規(guī)則，短而硬的物料，如土豆，洋蔥等。因為刀片時按在圓盤上，所以一方面增加了刀具的剛性，另一方面刀盤可以擋住刀具不切削時的物料送進而不致使物料掉下來（當物料短時），以便保證物料的切削厚度的均勻性和可靠性。
圓盤刀具同樣又分為單刀圓盤刀和雙刀圓盤刀。它們之間的切削厚度的關系與新月形刀具的單刀和雙刀的切削厚度關系相同。采用圓盤刀具的一個重要的特點是它能夠調整切片厚度。
它可以根據(jù)刀片厚度的要求，在圓盤刀架安裝刀具的表面和刀具定位面之間加入一個可調厚度的墊片來調整刀具的高度，從而可以改變切削厚度。
雖然刀片為不銹鋼材質，但是要在刀具使用之后用水洗凈，烘干，涂油保管起來，不要與其它硬件放在一起，以免碰壞刀片的刀刃。
圖4.4 圓盤刀具
本次設計結合上述新月型刀具和圓盤刀具的特點設計出一種新型刀具如下圖示：
共有4把刀片，可切片、塊、絲、丁、菱形、曲線型多種花樣：
圖4.5 豎直刀具
刀片參數(shù)如下：
切丁刀片切丁寬度：19毫米
菱形刀片切出厚度：16毫米
離心機切片厚度2-10毫米可調
傳送帶切片切絲厚度1-25毫米可調節(jié)
4.4箱體結構設計
箱體的主要功能是支承并容納各種零件，如傳動零件、軸、軸承等，使其能夠保持正常的運動關系和運動精度；安全保護和密封作用，在保證箱體內的零件不受外界環(huán)境影響的同時又保護操作者的人身安全，還具有一定的隔振、隔熱和隔音作用。本設計的箱體在實現(xiàn)以上功能的基礎上，還需改善機體的造型，使整體造型美觀，更受人們的青睞。
為減輕整個設計的重量，箱體的材料選擇熱塑性塑料高密度聚乙烯（PE），其耐化學腐蝕性優(yōu)良，沖擊強度突出，耐磨、耐疲勞。
4.4.1左箱體的設計
左箱體結構如圖4.6所示，主要作用是與下箱體配合，支承并限定軸、軸承等零件的位置；為了提高軸承孔附近的聯(lián)結剛度，在軸承孔兩側制有凸臺，以安裝聯(lián)結螺栓，凸臺的表面需要機械加工。
考慮到成品的收集，左箱體外殼需要避開出料口，故選擇錐形與長方體形相結合的造型；又橫軸為懸臂布置，箱體側邊需“開口”，并向外延伸一段長度，為內部零部件的裝配和調整提供空間。
圖4.6 左箱體
4.4.2 右箱體的設計
下箱體是本設計的基礎部件，既起支承作用，承受其他零部件的重量；又起基準作用，保證部件間的相對位置。下箱體的尺寸和位置精度對設計產(chǎn)生整體性的影響，因而必須合理選擇下箱體的各項精度；下箱體要有足夠的剛度，需增加其壁厚，但若單靠增加壁厚提高剛度，又必定會使下箱體笨重、浪費材料，故本設計中下箱體的壁厚取15mm，并用加強筋的辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度，加強筋的厚度為壁厚的0.8倍，取12mm。
4.5安裝與調試
（1）將機器放置在水平的工作場地，確保機器放置平穩(wěn)、可靠；
（2）使用前對各部件進行檢查，緊固件是否在運輸途中松動，開關及電源線是否因運輸而破損，并及時采取相應措施；
（3）檢查旋轉料筒內是否有異物，如有異物清理干凈，以免引起刀具損壞；
（4）確定電源電壓與本機額定電壓相符合。在外罩接地標記處可靠接地，將電源軟線伸長找專業(yè)電工將機器電源線接在全極斷開大開距電源上，接通電源，按下“ON”按鈕，檢查轉向，V帶輪的轉向與標志一致為正確。否則，切斷電源，調整接線。
小型家用切菜機結構設計 總結
第5章 總 結
經(jīng)過三個月的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設計終于完成了，在這次畢業(yè)設計中我學到得不僅是專業(yè)的知識，還有的是如何進行團隊的合作，因為任何一個作品都不可能由單獨某一個人來完成，它必然是團隊成員的細致分工完成某一小部分，然后在將所有的部分緊密的結合起來，并認真調試它們之間的運動關系之后形成一個完美的作品。
這次畢業(yè)設計，由于理論知識的不足，再加上平時沒有什么設計經(jīng)驗，一開始的時候有些手忙腳亂，不知從何入手。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅雖然這個設計做的可能不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。
在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。在這種相互協(xié)調合作的過程中,口角的斗爭在所難免,關鍵是我們如何的處理遇到的分歧,而不是一味的計較和埋怨。這不僅僅是在類似于這樣的協(xié)調當中,生活中的很多事情都需要我們有這樣的處理能力,面對分歧大家要消除誤解,相互理解,增進了解,達到諒解。也許很多問題沒有想象中的那么復雜,關鍵還是看我們的心態(tài),那種處理和解決分歧的心態(tài),因為我們的出發(fā)點都是一致的。
經(jīng)過這次畢業(yè)設計我們學到了很多課本上沒有的東西，它對我們今后的生活和工作都有很大的幫助，所以，這次的畢業(yè)設計不僅僅有汗水和艱辛，更多的是苦后的甘甜。
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小型家用切菜機結構設計 參考文獻
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